徐黎， Glen MBlake， 过哲， 张晨鑫， 王晓红， 程晓光

·肝脏脂肪定量诊断影像学专题·

定量CT与MR mDixon-quant测量肝脏脂肪含量的相关性研究

徐黎， Glen MBlake， 过哲， 张晨鑫， 王晓红， 程晓光

目的：比较、分析定量CT(QCT)和MR mDixon-quant对健康人群肝脏脂肪含量测量结果的一致性和相关性。方法：对21位男性和32位女性健康社区居民进行腹部QCT和MR mDixon-quant扫描，QCT分别采用标准计算公式(测量结果记为Fat%QI)和校正后的计算公式(测量结果记为Fat% QR)测量肝脏脂肪含量，并采用MR mDixon-quant测量肝脏脂肪分数(测量结果记为Fat% mD)。比较男、女两组之间的肝脏脂肪含量的测量结果有无差异，比较总体样本QCT与MR mDixon-quant测量结果之间的一致性，并计算相关性系数。结果：QCT及MR mDixon-quant的测量结果均显示，男性与女性的肝脏脂肪含量差异均无统计学意义(P值均>0.05)。总体样本的Fat%QI和Fat% QR分别为(-0.09%±4.88%)和(8.66%±4.41%)，Fat%QI显著低于Fat% mD(P<0.01)，平均差值为(-6.42%±2.44%)，而Fat% QR显著高于Fat% mD(P<0.01)，平均差值为(2.33%±2.36%)。Fat%QI、Fat% mD的相关程度(r=0.708，P<0.01)与Fat% QR、Fat% mD的相关程度(r=0.707，P<0.01)近似。结论：与MR mDixon-quant的测量结果相比，使用重新校正的计算公式的QCT能够准确测量中国健康人群的肝脏脂肪含量。

肝脏脂肪含量； 定量CT； 磁共振成像； mDxion-quant技术

非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指除外酒精和其他明确的肝损伤因素所致的，以弥漫性肝细胞大泡性脂肪变为主要特征的临床病理综合征，随着肥胖和糖尿病的发病率增高，NAFLD现已成为我国常见的慢性肝病之一。CT是一种常用的诊断和评价NAFLD的影像学检查方法，其原理是肝脏实质内脂肪沉积后导致肝脏CT衰减值(hounsfeld units,HU)下降，而脾脏的HU相对稳定，利用肝脾衰减差值(attenuation between liver and spleen,CTL-S)、肝脾比值 (ratio of hepatic attenuation to splenic attenuation,CTL/S)、肝脏衰减指数 (hepatic attenuation index,HAI) 等一系列CT参数可定量评估肝脏脂肪变性[1-4]。但是反映脾脏脂肪含量的CT测量值与很多因素有关，包括kV、X线滤过、受检者体型大小和其他可能影响测量感兴趣区内X线能量的因素,且脾脏的CT值在不同个体之间有差异，因此，CT评估肝脏脂肪变性在不同受检者间也存在差异。

定量计算机体层摄影术(quantitative computed tomography，QCT)最初应用于上世纪80年代，并被用于脊柱骨密度(bone mineral density，BMD) 的测量。通过扫描前的质量控制和扫描过程中使用校准体模，QCT技术大大降低了来自CT扫描仪和患者本身差异对测量结果的影响，而校准体模将组织的CT值转化为物理密度。QCT体模内包含脂肪和水样本，理论上能够将组织的CT值转化为脂肪含量，对组织内的脂肪含量进行定量测量。笔者在前期动物实验研究中发现以化学萃取法为验证标准，QCT可以准确测量动物肝脏的脂肪含量(平均差值为3.51%，相关性系数r=0.962)[5]。

多种MRI技术被用于定量测量肝脏脂肪含量，包括化学位移成像(chemical-shift imaging，CSI)、脂肪饱和技术和脂肪选择性激发技术。与其他MRI技术相比，氢质子磁共振波谱成像(proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)能够检测到微量脂肪，被认为是最敏感的检查方法[6-8]。多回波mDixon技术允许调整回波时间、校准T2*衰减，包含多个脂肪峰模型，能够快速、准确地完成肝脏脂肪定量测量，并且可以任意选取兴趣区的位置和大小，在NAFLD的诊断和随访中具有很高的应用价值[9-11]。目前，在肝脏脂肪含量定量测量方面，多回波mDixon技术已经被证实与1H-MRS和组织学方法具有很高的相关性[11-13]。

笔者发现采用国际原子能委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements,ICRU)推荐标准制定的公式计算得到的大部分样本人群肝脏脂肪百分比结果为负值，原因可能是在正常肝脏组织中本来就含有少量脂肪组织(5%～10%)[14]。因此，本研究对14例健康成人采用双能(80kV，120kV)定量CT(dual-energy QCT，DEQCT)来确定人体正常肝脏组织的等效密度值，并以此为依据重新校正了换算公式;同时分别采用两组公式对同一组健康人群进行QCT肝脏脂肪含量测量，比较两组QCT的测量结果及与MR mDixon-qaunt测量结果的一致性和相关性。

材料与方法

1.研究对象

本组研究对象来自一项大样本、多中心研究前瞻性城乡流行病调查(prospective urban rural epidemiology，PURE)中的北京地区人群样本。研究对象入选标准为男性年龄>50岁，女性年龄>45岁、绝经[15]。本组研究对象均为北京地区居民，共包括53例，其中男21例，年龄范围57～83岁，女32例，年龄范围54～80岁。本研究经北京积水潭医院伦理委员会通过，所有受试者接受检查前均签署了知情同意书。

2.QCT扫描与测量

所有受检者均采用Toshiba Aquilion 80排CT扫描仪和Mindways 5样本固体体模(Mindways Software Inc,Austin,TX,USA)进行腹部QCT扫描。扫描时患者取仰卧位，头先进，体模放置于患者腰部下方(范围覆盖全腹部)，采用一次屏气扫描，扫描范围从膈面上方1 cm至L4椎体下缘。扫描参数：床高120 cm，螺距0.985，120 kV,125 mA，层厚1.0 mm，视野50 cm×50 cm，采用标准重建算法。原始图像传至QCT工作站使用QCT Pro Version 4.2.3(Mindways Software Inc.,Austin,TX,USA)软件进行分析。在自动重建的三维图像上，选取门静脉右支进入肝脏层面,分别于左叶、右前叶和右后叶中心区域选取横截面积为290～310 mm2、层厚为9 mm的兴趣区(regions of interest,ROI),测量时尽量避开肝内血管和胆管(图1)。测量得到3个ROI的骨密度值(bone mineral density,BMDSample)、斜率(slope)和区域一致性校正(field uniformity correction，FUC)值。

本研究首先采用Mindways提供的换算公式，得到ROI肝脏脂肪的体积百分比(β)：

HULiver=1047.9+(slope+0.2174)×4.842-999.6

HUFat=942.9-(slope+0.2174)×43.72-999.6

在上述公式中，ρSample为取样组织的有效体积骨密度值，HULiver和HUFat分别指取样组织内纯肝脏组织和纯脂肪的CT值，ρLiver和ρFat是指取样组织内纯肝脏组织和纯脂肪的有效密度值，β即取样组织内纯脂肪的体积百分比。公式中HULiver和HUFat的数值来源于ICRU第46号报告中对肝脏组织和脂肪组织的平均原子组成的定义[16]。使用该组公式测得的肝脏脂肪百分比记为Fat% QCT(ICRU) (简称Fat%QI)。

本研究通过对14位健康志愿者进行双能量(80和120 kV)QCT扫描，获得了正常肝脏组织的等效密度值，并依据动物脂肪中脂肪酸链的原子组成重新计算了脂肪组织的等效密度值[17]，对原公式进行校正后得到了新的计算公式。使用新公式测得的肝脏脂肪百分比记为Fat% QCT(revised) (简称Fat% QR)。

所有QCT扫描和测量由同一位操作者完成，取3个ROI(左叶、右前叶、右后叶)测量值的平均值为最终QCT测量结果。

表1 男、女两组年龄、肝脏脂肪含量测量值比较结果

3.MR mDxion-quant扫描及测量

在QCT扫描的同一天，所有受检者均行MR mDixon-quant扫描,采用Ingenia 3.0 T MR扫描仪(Philips Healthcare,Best)，32通道dS Torso体部线圈，选择6回波mDixon-quant梯度回波序列，扫描参数：翻转角3°，TR 8.1 ms， TE1=1.33 ms，ΔTE=1.3 ms，视野为360 mm× 330 mm，体素大小2.5 mm×2.5 mm×3.0 mm，层数40，敏感性编码2，信号采集数1。所有数据传输至工作站使用ISP 软件 (Version 7,Philips Healthcare,Best)进行测量。在脂肪分数彩图上，选取门静脉右支进入肝脏层面,分别测量右前叶、右后叶及左叶中心区域的脂肪分数，ROI横截面积为290～310 mm2，测量时尽量避开肝内血管和胆管(图2)，测量结果记为Fat% mDixon-quant (简称Fat% mD)。所有MR mDxion-quant扫描及测量由同一位操作者完成，取3个ROI(左叶、右前叶、右后叶)测量值的平均值为最终MR mDixon-quant测量结果。

4.统计学分析

结 果

男、女两组之间年龄差异无统计学意义(P>0.05)。两种QCT测量方法及MR mDixon-quant的测量结果均显示，男性与女性的肝脏脂肪含量差异均无统计学意义(P值均>0.05)。总体样本的Fat%QI和Fat% QR测量值分别为(-0.09%±4.88%)和(8.66%±4.41%)，Fat% mD的测量值为4.4%(3.22%，7.99%)。 QCT测量采用校正前的公式进行计算，结果有30例(56.6%，30/53)为负值，而采用校正后的公式进行计算,结果全部为正值。Fat%QI与Fat% QR之间存在线性关系，线性方程为Fat% QR=0.9027Fat%QI+ 8.743(r2=0.9996,P<0.01，图3)。总体样本的Fat%QI显著低于Fat% mD(Z=-6.334,P<0.01)，平均差值为(-6.42%±2.44%)，两者差值的大小与测量值的大小无关(r= 0.211，P=0.13)(图4)，Fat%QI与Fat% mD呈中等程度相关(r=0.707，P<0.01，图5a)。总体样本的Fat% QR显著高于Fat% mD(Z= -5.405,P<0.01)，平均差值为(2.33%±2.36%)，两者差值的大小同样与测量值的大小无关(r=-0.14,P=0.92，图4b)，Fat% QR、Fat% mD的相关程度(r=0.708，P<0.01)与Fat%QI 、Fat% mD的相关程度近似(图5b)。

讨 论

本研究对一组健康人群分别采用两种QCT计算公式测量肝脏脂肪含量，并将两组QCT测量结果分别与MR mDixon-quant测量的肝脏脂肪含量进行比较,结果显示以ICRU推荐数值为标准的计算公式所测得的肝脏脂肪含量不仅明显低于MR mDixon-quant测得的数值，而且其数值大部分为负值。修正后的计算公式测得的肝脏脂肪含量虽然高于MR mDixon-quant测得的数值，但是两种方法的绝对差值很小。两种QCT计算公式测得的结果之间高度相关，并且与MR mDixon-quant测得的结果之间均为中等程度相关，相关性系数近似。

QCT测量肝脏脂肪含量的原理是将肝脏组织视为纯脂肪和纯肝脏组织两种成分的混合物，而纯脂肪和纯肝脏组织又可被转换为由一定比例的H2O和K2HPO4所构成，测量ROI的CT衰减系数可通过外在体模的校准转换为H2O和K2HPO4的比例，并进一步依据公式转换为纯脂肪和纯肝脏组织的体积比。依据ICRU Report 46对脂肪组织和除脂肪组织以外的组织原子组成的定义，纯脂肪组织的等效密度值为942.9 mg/cm3H2O+-43.72 mg/cm3K2HPO4，纯肝脏组织的等效密度值为1047.9 mg/cm3H2O+4.84 mg/cm3K2HPO4[16]。100%脂肪指的是纯脂肪而非脂肪组织，仅含有水和脂肪细胞[18]。笔者依据动物脂肪中脂肪酸链的原子组成重新计算了纯脂肪组织的等效密度值[17]，由于ICRU定义的除脂肪组织以外的组织内可能含有少量脂肪组织(5%～10%)[14]，为了获得纯肝脏组织的等效密度值，本研究对14位健康志愿者进行了双能量(80和120 kV)QCT扫描，最终得到了纯肝脏组织的等效密度值。使用校正后的公式，所有研究对象的肝脏脂肪含量QCT测量值均为正数，解决了原来依据ICRU标准制定的公式计算所得的测量值为负值的问题。与原公式相比，校正后的公式的测量结果与MR mDixon-quant测量结果之间的差异非常小，而与MR mDixon-quant测量结果之间的相关性并未改变。

图1 肝脏脂肪含量QCT测量示意图。在自动重建3D图像上选取门静脉右支进入肝脏层面，分别于左叶、右前叶和右后叶中心区域选取ROI。a) 在左叶中心区域选取ROI; b) 在右前叶中心区域选取ROI; c) 在右后叶中心区域选取ROI; d) 在轴面和冠状面图像上设置ROI面积为290～310 mm2，层厚为9 mm。

就测量原理而言，QCT测量的是一定体积肝脏组织内脂肪所占的体积百分比，而MR mDixon-quant测量的是肝脏组织内脂肪所含氢质子的数量占脂肪和水所含氢质子总数的百分比，因此两种测量方法从不同角度对肝脏脂肪含量进行定量测量，结果存在差异以及相关性有限并不意外,测量方法本身固有的一些不足可能也会影响测量结果的准确性。本研究所采用的单能量CT检查，将肝脏视为由纯脂肪和纯肝脏组织两种成分组成，但事实上肝脏内可能含有其他成分，比如铁。肝脏组织内不同程度的铁沉积有可能对脂肪定量测量结果产生影响，比如过多的铁会降低脂肪含量测量结果。MR mDixon-quant是一种非常复杂的技术，受很多因素的影响。首先，MR mDixon-quant无法检测大分子量蛋白质以及固态或半固态蛋白质内的氢质子信号；此外，MR mDixon-quant默认脂肪和水有相似的T2*，但事实上肝脏组织内脂肪的T2*(>200 ms)明显比水的T2*(约60 ms)长，这将导致脂肪信号的权重增加，而最终测得的脂肪百分比亦会增高。

图2 肝脏MR mDixon-quant脂肪分数测量彩图. 选取门静脉右支进入肝脏层面，分别测量左叶、右前叶、右后叶中心区域的脂肪分数，ROI横截面积为290～310mm2，测量时尽量避开肝内血管和胆管。

于Fat% mDt(P<0.01)，平均差值为-6.42%，两者差值的大小与测量值的大小无关(r=0.211,P=0.13); b) Fat% QR显著高于Fat% mD(P<0.01)，平均差值为2.33%，两者差值的大小与测量值的大小无关(r=-0.14,P=0.92)。

图3 Fat%QI与Fat% QR的分布散点图。Fat%QI与Fat% QR之间存在线性关系，线性方程为Fat% QR=0.9027Fat%QI+8.743(r2=0.9996,P<0.01)。 图4 QCT测量结果与MR mDixon-quant测量结果的分布散点图。a) Fat%QI与Fat% mD呈中等程度相关(r=0.707，P<0.01); b) Fat% QR与Fat% mD呈中等程度相关(r=0.708，P<0.01)。 图5 QCT与MR mDixon-quant测量结果的一致性分析图。a) Bland-Altman分析显示Fat%QI显著低

本研究的主要不足在于样本量较少，特别是男性受检者较少。此外，对QCT和MR mDixon-quant两种测量方法未作观察者内和观察者间的可靠性评价。

本研究表明，与MR mDixon-quant的测量结果相比，使用校正后的计算公式的QCT能够准确测量中国健康人群的肝脏脂肪含量。

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Correlation between quantitative computed tomography (QCT) and MR mDixon-quant for quantification of hepatic fat content

XU Li,Glen MBlake， GUO Zhe,et al.

Department of Radiology,Beijing Jishuitan Hospital,Beijing 100035,China

Objective:To compare the consistency and correlation of quantitative computed tomography (QCT) method with MR mDixon-quant method for quantification of hepatic fat content in healthy people.Methods:Twenty-one men (aged 57～83 years) and thirty-two women (aged 54～80 years) underwent abdomen QCT and MR mDixon-quant examinations,and hepatic fat content was determined by two kinds of QCT calculation equations(Fat%QCT(ICRU)，Fat%QCT(revised)) and MR mDixon-quant fat fraction (Fat%mDixon-quant).The results were compared between the male and female groups.The results by QCT were compared to MR mDixon-quant,and the correlation coefficients between QCT and MR mDixon-quant were calculated.Results:There was no significant difference in hepatic fat content between men and women in the study group.The mean(±standard deviation,SD)of Fat%QCT(ICRU)and Fat%QCT(revised)was ( -0.09%±4.88%) and (8.66%±4.41%,respectively.Fat%QCT(ICRU)was significantly lower than Fat%mDixon-quant(P<0.01),and the mean (±SD) of difference was (-6.42%±2.44%).Fat%QCT(revised)was significantly higher than Fat%mDixon-quant(P<0.01),and the mean (±SD) of difference was (2.33%±2.36%).The correlation between Fat%QCT(revised)and Fat%mDixon-quant(r=0.708，P<0.01) was similar to that between Fat%QCT(ICRU)and Fat%mDixon-quant(r=0.707，P<0.01).Conclusion:Compared to MR mDixon-quant,QCT using the revised calculation equations can measure hepatic fat content accurately in healthy Chinese population.

Hepatic fat content; Quantitative CT; Magnetic resonance imaging, mDixon-quant technique

100035 北京，北京积水潭医院放射科(徐黎、过哲、张晨鑫、程晓光)；Biomedical Engineering Department, King's College London, London,UK(Glen MBlake)；132000 吉林，吉林市吉化总医院放射科(王晓红)

徐黎(1979-)，女，江苏常州人，博士研究生，主要从事肌骨系统影像诊断、人体组织成分测量工作。

程晓光，E-mail：xiao65@263.net

国家自然科学基金青年项目81401407

R575.5; R814.42; R445.2

A

1000-0313(2017)05-0456-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.05.006

2016-12-28

2017-02-23)